Optimasi desain kolom Pressure Swing Distillation dengan melibatkan pemilihan tekanan dan heat integration untuk pemisahan THF-AIR

Abstract

Distilasi merupakan metode pemisahan yang digunakan secara komersial dalam industri kimia. Berbagai penelitian telah membuktikan bahwa distilasi efektif dalam memisahkan berbagai campuran. Namun, distilasi konvensional tidak dapat memisahkan campuran azeotrop seperti campuran Tetrahidrofuran (THF) dan air. Salah satu perkembangan distilasi yang mampu menangani masalah tersebut adalah Pressure Swing Distillation (PSD). Komposisi azeotrop bergeser secara signifikan seiring dengan perubahan tekanan pada kedua kolom PSD, sehingga pemisahan mampu menghasilkan produk dengan kemurnian tinggi. Selain permasalahan terkait campuran azeotrop, distilasi juga dikenal sebagai salah satu proses dengan tingkat konsumsi energi yang tinggi. Permasalahan tersebut dapat diatasi dengan adanya integrasi panas pada sistem baik secara partial maupun full. Perbedaan tekanan pada kedua kolom PSD juga membuka peluang untuk mengaplikasikan integrasi panas pada sistem tersebut. Integrasi panas dapat meminimalisasi konsumsi energi PSD sehingga mampu menghasilkan Total Annual Cost (TAC) yang minimum dengan memenuhi target kemurnian produk. Dengan melihat kedua permasalahan tersebut, pemilihan tekanan menjadi parameter penting yang harus dipertimbangkan. Pada penelitian ini dilakukan simulasi sistem PSD dalam pemisahan THF-Air. Simulasi dilakukan dalam kondisi tunak dengan menggunakan simulator Aspen Plus. Selain itu, integrasi panas diaplikasikan pada sistem tersebut baik secara partial dan full. Proses simulasi dilanjutkan dengan optimasi sistem secara bertahap dengan beberapa variabel optimasi, seperti tekanan, jumlah tahap, letak masukan umpan, dan letak masukan recycle. Optimasi sistem dilakukan dengan tujuan mendapatkan tekanan optimal dengan desain kolom yang sesuai. TAC dari ketiga konfigurasi yang telah optimal dibandingkan untuk mendapatkan nilai yang paling minimum. Konfigurasi PSD dengan TAC minimum dapat dijadikan spesifikasi desain yang menguntungkan baik secara proses maupun ekonomi. Tekanan optimum pada Low Pressure Column (LPC) berada pada tekanan vakum yaitu 0,6 bar, sedangkan tekanan optimum High Pressure Column (HPC) berada pada tekanan tinggi yaitu 11 bar. Desain kolom Partial heat integration memiliki konfigurasi kolom NT1=19 , NF1=14 , NR1=11, NT2=13, NF2=3. Sementara pada full heat integration, konfigurasi kolomnya adalah NT1=15, NF1=12, NR1=11, NT2=14, NF2=3. Konfigurasi PSD dengan full heat integration setelah optimasi memiliki TAC sebesar $708.765,0073 yang menunjukkan bahwa konfigurasi ini lebih ekonomis dibandingkan dengan partial heat integration yang memiliki nilai TAC sebesar $802.436,316.